一种基于管壁激励的强化换热实验系统的制作方法

本发明涉及强化换热领域，尤其是涉及一种基于管壁激励的强化换热实验系统。

背景技术：

在现有的动力电池、电子芯片液冷技术中，为了获得更大的面体比，通常采用小尺度液冷通道，但这也造成流动绝大多数时候处于层流状态，不能充分发展，使其换热能力得到了限制。通常采用增加流量的方式来获得更高的换热效率，但流动阻力的增加幅度远高于换热性能的提升，使其失去了实际意义。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，为了能够在尽可能小的外部输入下获得尽可能大的换热性能，本发明提供了一种基于管壁激励的强化换热实验系统，可以研究对壁面施加高频低幅振动激励后近壁面产生的纵向涡等二次流结构，以及其对于管壁与主流流体之间流动换热的影响规律，可以实现以较小的压力损失提高对流换热系数，达到强化对流换热的目的。

一种基于管壁激励的强化换热实验系统，搅拌装置安装在水箱中，排水管设于水箱底部，流体从水箱流出后依次经过电动泵组、第一流量调节阀、流量计、第一压力传感器、第一温度传感器到达激振试验件，激振试验件固定在激振台工作台面上，激振杆刚性固定在激振台上，上端顶在激振试验件，高速摄影系统位于激振试验件上方，通过支架刚性固定在地面上，流体流出激振试验件后，经第二温度传感器、第二压力传感器、第二流量调节阀回到水箱。

所述的激振试验件，通过固定支架固定在激振台工作台面上，激振试验件整体为一体加工出的内部矩形水道，两侧连接进出水口及管接头，腔体背部加工出加热棒孔位，在加热棒孔中插有加热棒，腔体前部为粘接在水道上的有机观测玻璃，腔体底部为振动膜，通过振动膜压板固定在主体水道上加工出的凹槽内，振动膜压板通过螺栓固定在主体水道壁面上，激振杆顶在振动膜上。

所述的振动膜，其材料为工程柔性材料或者金属薄壁，厚度为0.5mm，具有刚性，在受到振动激励之后会产生形变。

所述的激振杆为一种机械式信号放大器，材料为金属，形状为一实心的细长杆，顶部为一平面，抵在振动膜中心处，底部为一横向固定杆，固定在激振台工作台面上，激振杆将激振台产生的振动激励传递到振动膜中心。

所述的激振试验件，当流体流过时，释放荧光染色剂，显示流体流动时产生的流线，用于在实验时观测其中的流体流动形态，以便采用高速摄影系统进行可视化研究。

本发明的有益效果是：可以对流体进行加热、激励，并观察内部流体状态的实验系统。可以给流体施加不同幅值、不同频率、不同振型的振动激励，研究激励后近壁面产生的纵向涡等二次流结构的流型，及其对于管壁与主流流体之间流动换热规律，探明振动激励与对流换热强度之间的对应关系。本发明可以实现以较小的压力损失提高对流换热系数，达到强化对流换热的目的。

附图说明

图1是本发明一种基于管壁激励的强化换热实验装置的结构示意图；

图2是本发明一种基于管壁激励的强化换热实验装置中激振试验件的结构示意图；

附图标记说明：电动泵组1、第一流量调节阀2、第二流量调节阀12、流量计3、第一压力传感器4、第一温度传感器5、高速摄影系统6、激振试验件7、激振杆8、激振台9、第二温度传感器10、第二压力传感器11、水箱13、搅拌装置14、排水管15、振动膜16、振动膜压板17、主体水道18、观测玻璃19、加热棒20、固定支架21。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明进行进一步的阐述。

如图1所示，一种基于管壁激励的强化换热实验系统，搅拌装置14安装在水箱13中，排水管15设于水箱13底部，流体从水箱13流出后依次经过电动泵组1、第一流量调节阀2、流量计3、第一压力传感器4、第一温度传感器5到达激振试验件7，激振试验件7固定在激振台9工作台面上，激振杆8刚性固定在激振台9上，上端顶在激振试验件7，高速摄影系统6位于激振试验件7上方，通过支架刚性固定在地面上，流体流出激振试验件后，经第二温度传感器10、第二压力传感器11、第二流量调节阀12回到水箱13。

如图1、图2所示，所述的激振试验件7，通过固定支架21固定在激振台9工作台面上，激振试验件7整体为一体加工出的内部矩形水道，两侧连接进出水口及管接头，腔体背部加工出加热棒孔位，在加热棒孔中插有加热棒20，腔体前部为粘接在水道上的有机观测玻璃19，腔体底部为振动膜16，通过振动膜压板17固定在主体水道18上加工出的凹槽内，振动膜压板17通过螺栓固定在主体水道壁面上，激振杆8顶在振动膜16上。

所述的振动膜16，其材料为工程柔性材料或者金属薄壁，厚度为0.5mm，具有刚性，在受到振动激励之后会产生形变，且具有较高的疲劳寿命。

所述的激振杆8为一种机械式信号放大器，材料为金属，形状为一实心的细长杆，顶部为一平面，抵在振动膜16中心处，底部为一横向固定杆，固定在激振台工作台面上，激振杆8将激振台9产生的振动激励传递到振动膜16中心。

所述的激振试验件7，当流体流过时，释放荧光染色剂（比如罗丹明b），显示流体流动时产生的流线，用于在实验时观测其中的流体流动形态，以便采用高速摄影系统6进行可视化研究。

应用实施例

如图1、图2所示，实验过程中由电动泵组1驱动流体，使之完成从水箱13与激振试验件7之间的闭路循环，并通过第一流量调节阀2与第二流量调节阀12保持激振试验件7内的流体流速均匀。开启激振台9，产生高频低幅振动激励，通过激振杆8对激振试验件7的单侧管壁进行激振，具体方式为通过激振杆8带动激振膜16的运动，放大振动台的振动效果。被激励管壁表面产生的二次流可经观测玻璃19由高速摄影系统6捕捉。激振试验件7由固定支架21固定在电动试验台工作台面上。

为观测不同的管壁激励对流体换热的影响，在流体通过激振试验件7时被加热棒20加热。在保证流速和加热温度相等的情况下，通过比较第一温度传感器5与第二温度传感器10测得的试验件前后温差，可获得不同激励对换热的影响。

为保证流体在进入试件处的温度恒定，使整个系统热量输入输出保持平衡，设计保证被加热流体在回水管路中进行冷却，且在水箱13放置搅拌装置14，搅拌使水箱中流体冷却并均匀，该搅拌装置由温度传感器5进行反馈调节，如果激振试验件7入口处温度增高，则搅拌加快，反之搅拌减慢。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明所作的等同变化与修饰，皆为本发明权利要求范围所涵盖，这里不再一一举例。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于管壁激励的强化换热实验系统。搅拌装置安装在水箱中，排水管设于水箱底部，流体从水箱流出后依次经过电动泵组、第一流量调节阀、流量计、第一压力传感器、第一温度传感器到达激振试验件，激振试验件固定在激振台，激振杆刚性固定在激振台上，上端顶在激振试验件，高速摄影系统位于激振试验件上方，流体流出激振试验件后，经第二温度传感器、第二压力传感器、第二流量调节阀回到水箱。本发明可以对流体进行加热、激励，并观察内部流体状态，可以给流体施加不同幅值、不同频率、不同振型的振动激励，研究激励后近壁面产生的纵向涡等二次流结构的流型，及其流动换热规律，探明振动激励与对流换热强度之间的对应关系。

技术研发人员：傅佳宏;苌成;张宇;肖宝兰;张旭方
受保护的技术使用者：浙江大学城市学院
技术研发日：2018.12.22
技术公布日：2019.03.29